KR20200017994A - 다중 스퍼터링법을 이용한 이차전지용 음극판 제조방법 - Google Patents

다중 스퍼터링법을 이용한 이차전지용 음극판 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 스퍼터링을 이용한 이차 전지용 음극판 제조 방법에 관한 것으로, 실리콘 타겟, 그라파이트 타겟, 기공 형성제 타겟 및 기재를 준비하는 타겟준비단계와, 실리콘 타겟, 그라파이트 타겟 및 기공 형성제 타겟을 다중 스퍼터링장치 내부에 이격시켜 배치하는 타겟설치단계와, 상기 다중 스퍼터링장치의 작업 조건을 세팅하는 장치세팅단계와, 상기 다중 스퍼터링장치를 동작하여 기재에 실리콘, 그라파이트 타겟, 기공 형성제가 혼합된 상태의 박막을 형성하는 박막증착단계를 포함한다.

Description

다중 스퍼터링법을 이용한 이차전지용 음극판 제조방법{Manufacturing method of negative electrode plate for secondary battery using co-sputtering}
본 발명은 다중 스퍼터링법을 이용한 이차전지용 음극판 제조방법에 관한 것이다.
리튬 이차 전지는 가역적으로 리튬 이온의 삽입과 탈리가 가능한 물질을 양극 및 음극으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입/탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기 에너지를 생성한다.
리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1) 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다.
음극 활물질로는 탄소계 활물질, 실리콘과 같은 비탄소계 물질이 사용되고 있으며, 천연 흑연(graphite) 및 인조 흑연과 같은 결정질계 탄소와 소프트 카본(soft carbon) 및 하드 카본(hard carbon)과 같은 비정질계 탄소가 있다.
상기 비탄소계 물질은 흑연에 비해 고용량이나 리튬 충방전시 부피 팽창 수축으로 인해 용량 유지율, 충전/방전 효율 및 수명 특성이 저하될 수 있다.
대한민국 공개특허 제2018-0041086호
본 발명의 과제는 다중 스퍼터링법을 이용함으로써 기존의 공정을 단순화한 이차 전지용 음극판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위해, 본 발명은
실리콘 타겟, 그라파이트 타겟, 기공 형성제 타겟 및 기재를 준비하는 타겟준비단계와,
실리콘 타겟, 그라파이트 타겟 및 기공 형성제 타겟을 다중 스퍼터링장치 내부에 이격시켜 배치하는 타겟설치단계와,
상기 다중 스퍼터링장치의 작업 조건을 세팅하는 장치세팅단계와,
상기 다중 스퍼터링장치를 동작하여 기재에 실리콘, 그라파이트 타겟, 기공 형성제가 혼합된 상태의 박막을 형성하는 박막증착단계
를 포함하는 다중 스퍼터링법을 이용한 이차 전지용 음극판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기존의 음극판 제조 공정시 활물질 파우더 제조, 슬러리 제조, 슬러리 코팅, 건조, 압연 등의 복잡한 다단계 공정을 단순화하여 이에 수반되는 비용과 공간 등의 문제를 최소화할 수 있다.
또한 이미 전도성 구조가 갖춰져 있는 그라파이트 타겟을 사용함으로써 기재에 영향을 미치지 않는 200 ℃ 미만의 저온에서 공정을 진행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 이차 전지용 음극판 제조 방법은
실리콘 타겟, 그라파이트 타겟, 기공 형성제 타겟 및 기재를 준비하는 타겟준비단계와,
실리콘 타겟, 그라파이트 타겟 및 기공 형성제 타겟을 다중 스퍼터링장치 내부에 이격시켜 배치하는 타겟설치단계와,
상기 다중 스퍼터링장치의 작업 조건을 세팅하는 장치세팅단계와,
상기 다중 스퍼터링장치를 동작하여 기재에 실리콘, 그라파이트 타겟, 기공 형성제가 혼합된 상태의 박막을 형성하는 박막증착단계
를 포함한다.
플라즈마, 아크(arc), 진공증착 등을 이용하여, 저온에서 나노 Si, 나노 그라파이트(graphite), 기공 형성제(pore former) 등을 음극 기재에 직접 증착하여 음극 극판을 제조하고, 후공정으로 기공 형성제(pore former)를 방출시켜서, 음극 극판을 완결한다.
단순화된 본 공정을 통하여 기존의 극판 제조 공정 시의 복잡한 공정, 즉, 활물질 파우더 제조, 슬러리 제조, 슬러리 코팅, 건조, 압연 등의 일련의 다단계 공정과 이에 수반되는 비용과 공간 QC, 등의 문제를 극도로 단순화한다.
본 발명을 통해 제조된 음극 극판은 공정의 단순함은 물론, 사이클 특성에서도 우수한 특성을 나타낸다.
특히, 전도성 구조가 이미 갖춰져 있는 그라파이트(graphite) 타겟을 사용함으로 인해 기재로 많이 쓰이는 Cu 극판 등에 영향을 미치지 않는 200 ℃ 미만의 저온에서 공정을 진행할 수 있다. 전도성 탄소를 증착하는 타공정에는 종종 400 ℃ 이상의 고온에서 진행이 되어 기재로의 손상 및 다른 나노 입자 등의 응집을 야기 시킨다.
상기 기재는 구리 호일(Cu foil)일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

Claims (2)

  1. 실리콘 타겟, 그라파이트 타겟, 기공 형성제 타겟 및 기재를 준비하는 타겟준비단계와,
    실리콘 타겟, 그라파이트 타겟 및 기공 형성제 타겟을 다중 스퍼터링장치 내부에 이격시켜 배치하는 타겟설치단계와,
    상기 다중 스퍼터링장치의 작업 조건을 세팅하는 장치세팅단계와,
    상기 다중 스퍼터링장치를 동작하여 기재에 실리콘, 그라파이트 타겟, 기공 형성제가 혼합된 상태의 박막을 형성하는 박막증착단계
    를 포함하는 다중 스퍼터링법을 이용한 이차 전지용 음극판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기재는
    구리 호일인 것을 특징으로 다중 스퍼터링법을 이용한 이차 전지용 음극판 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180041086A (ko) 2016-10-13 2018-04-23 주식회사 엘지화학 리튬이온 이차 전지용 음극 및 이를 제조하는 방법

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